[发明专利]高转速发电电动机磁极结构的优化设计方法

权利要求书

1.高转速发电电动机磁极结构的优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、电机转子磁极及线圈几何模型的建立；

采用三维设计软件ProE进行电机转子磁极及线圈几何模型的三维造型，将造型完成的文件其改为igs格式导入Ansys Workbench中。

第二步、转子的主要材料参数和静力分析公式的确定；

根据静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化的载荷，列出物体在经典力学理论中的动力学通用方程；

第三步、对飞逸转速下矩形磁极线圈的应力进行分析；

将矩形磁极，极靴与极身的夹角设为直角，极身两侧平行，线圈平行放置，在有限元模型中，只添加离心力的作用分别获得矩形磁极的等效应力分布图和矩形线圈的等效应力分布图，计算出在只加载离心力载荷时磁极线圈所受的最大主应力，最后通过有限元仿真法，仿真矩形线圈所受的电磁力波形图并以载荷的形式添加到Workbench中进行对线圈的受力分析，得出在飞逸转速与电磁力共同作用下线圈的最大主应力和拉应力；

第四步、对飞逸转速下塔形磁极线圈的应力进行分析；

将塔形磁极，极靴与极身的夹角为直角，线圈的离心力方向垂直于极靴底面，平行于极身侧面，在只添加离心力的作用分别获得塔形磁极的等效应力分布图和塔形线圈的等效应力分布图，并计算出在只加载离心力载荷时磁极线圈所受的最大主应力，最后通过有限元仿真法，仿真塔形线圈所受的电磁力波形图并以载荷的形式添加到Workbench中进行对线圈的受力分析，得出在飞逸转速与电磁力共同作用下线圈的最大主应力和拉应力；

第五步、对比飞逸转速下矩形磁极线圈和塔形磁极线圈的应力结果，获取高转速发电电动机磁极结构的优化设计要点；

磁极线圈所受应力与磁极形状密切相关，通过有限元计算的对比，提出当电机其他结构都一定时，对比塔形向心磁极的线圈所受的主应力与拉应力与矩形磁极线圈所受的应力，并提出高转速下发电电动机磁极的形状。

2.根据权利要求1所述的高转速发电电动机磁极结构的优化设计方法，其特征在于：第一步中所述的电机为一台飞逸转速为375r/min的凸极同步电机。

3.根据权利要求2所述的高转速发电电动机磁极结构的优化设计方法，其特征在于：第二步中转子和线圈的主要材料参数为：

(1)转子的主要材料参数：磁极材料属性定义为各向同性，杨氏模量：E＝2E+11Pa， 泊松比：μ＝0.3，密度：ρ＝7850kg/m³：

(2)线圈材料属性定义为各向同性，杨氏模量：E＝1.1E+11Pa，泊松比：μ＝0.34，密度：ρ＝8300kg/m³。

4.根据权利要求2所述的高转速发电电动机磁极结构的优化设计方法，其特征在于：第二步中物体的动力学通用方程为：

式中其中[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度系数矩阵，{x}为位移矢量，{F}为力矢量。